JP3413516B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Description
方法に関し、特に、素子分離膜を備えるSOI(Silico
n-On-Insulator)ウェーハの製造方法に関する。
とデバイスが形成される基板との間に絶縁体が挟まれる
構造である。このようなSOIウェーハを利用して製作
された半導体素子は、完全な素子分離、寄生容量の減少
及び高速動作を容易にするという利点を有する。
一般的に、シリコン基板内部に酸素イオンを注入して形
成するSIMOX(seperation by implanted oxygen)
方法と、絶縁膜が形成された支持基板とデバイス基板と
を接着させて形成する接合方法とが利用される。
方法を利用したSOIウェーハ形成方法は、イオン注入
によって形成されるので、デバイスが形成されるシリコ
ン層の厚さを調節し難いという問題点がある。又、工程
時間が長くなるという問題点もある。従って、近年にお
いて、2枚のシリコン基板を接着させる接合方法が主に
利用されている。
を示す断面図であって、これに基づいてその製造方法を
説明する。第1シリコン基板11を備え、前記第1シリ
コン基板11にトレンチを形成する。後続工程の化学的
・機械的研磨(Chemical Mechenical Polishing;CM
P)工程の際に、研磨停止層として使用するための酸化
膜12を前記トレンチ内に埋め込む。酸化膜12は、第
1シリコン基板11の上部表面が露出されるまでCMP
工程により研磨される。その結果として、酸化膜12が
トレンチ内に埋め込まれた形態の素子分離膜となる。素
子分離膜を含む第1シリコン基板11上に酸化膜からな
る埋め込み絶縁膜14が形成される。
リコン基板13は、第1シリコン基板11と接合され
る。この時、前記第2シリコン基板13の上部表面は、
前記第1シリコン基板11上に形成された埋め込み絶縁
膜14と当接するように接合される。その後、熱処理す
ることにより前記第1及び第2シリコン基板11、13
間の接合強度は増加する。
内に埋め込まれた前記酸化膜12からなる素子分離膜が
露出されるまでCMP工程にて研磨される。その結果、
SOIウェーハ100が製造される。この時、残ってい
る第1シリコン基板11の厚さはSOIウェーハ100
上に形成される素子が要求する活性層の厚さとなる。
は、厚さが均一で薄い活性層を得るために、CMP工程
の際にトレンチに埋め込まれた酸化膜12を研磨停止層
にして施すにも係わらず、図1のA部分のように、シリ
コン基板11の活性領域の中心部分が他の部分に比し低
くなるという、わん状変形(dishing)が発生する。
CMP工程際に用いる研磨溶液(slurry)の濃度及び酸
度(pH)を調節してCMP工程を安定化させている。
同一幅の素子分離領域を有するシリコン基板に適用する
場合には発生しないが、違う幅の素子分離領域を有する
シリコン基板に適用する場合には相変らず発生する。
板の研磨際に発生する、わん状変形を防止することによ
り、均一な厚さのシリコン活性層が得られる半導体素子
の製造方法を提供することにある。
の本発明の半導体素子の製造方法は、第1及び第2シリ
コン基板を提供する段階;前記第1シリコン基板の予定
された活性領域に不純物をイオン注入する段階;前記第
1シリコン基板の活性領域の間をエッチングしてトレン
チを形成する段階;前記トレンチが埋め込まれるように
前記第1シリコン基板の全面上に第1絶縁膜を形成する
段階;前記第1絶縁膜を、前記第1シリコン基板が露出
されるまでエッチバックしてトレンチ型素子分離膜を形
成する段階;前記トレンチ型素子分離膜の形成された前
記第1シリコン基板上に第2絶縁膜を形成する段階;前
記第1シリコン基板上に形成された前記第2絶縁膜と前
記第2シリコン基板とが接するように、前記第1シリコ
ン基板と前記第2シリコン基板とを接合させる段階;前
記第1シリコン基板を不純物がドーピングされている部
分に近接させて1次研磨する段階;前記1次研磨した第
1シリコン基板を不純物のドーピングされている領域が
除去されるまでエッチング液を用いてエッチングする段
階;及び前記素子分離膜を研磨停止層にして、前記第1
シリコン基板を2次研磨し、SOIウェーハを製造する
段階とを含んでなり、 前記第1シリコン基板の活性領域
に不純物をイオン注入する段階は、前記第1シリコン基
板上にその活性領域を露出させるイオン注入マスクパタ
ーンを形成する段階、及び前記露出された第1シリコン
基板の、予定された活性領域に不純物をイオン注入する
段階をさらに含み、前記1次研磨した第1シリコン基板
をエッチングする段階は、前記第1シリコン基板の素子
分離領域間の不純物がイオン注入される部分より、前記
第1シリコン基板の素子分離領域の上部の方を遅くエッ
チングするようなエッチング液を用いてウェットエッチ
ングし、前記第1シリコン基板の活性領域に不純物をイ
オン注入する段階でのイオン注入の深さは、トレンチの
深さより深くすることを特徴としている。
板201を備え、前記第1シリコン基板201上にイオ
ン注入マスクパターン202を形成する。前記イオン注
入マスクパターン202は素子分離膜の形成される前記
第1シリコン基板201の部分が遮断されるように形成
する。前記イオン注入マスクパターン202はフォトレ
ジストで形成するのがよく、その他の物質で形成しても
よい。露出された前記第1シリコン基板201部分に
は、例えば、ホウ素(B)のような不純物が2×10
15〜2×1016/cm2の高濃度でイオン注入され、
前記第1シリコン基板201の所定深さに不純物203
が分布される。前記不純物203のイオン注入の深さ
は、活性層の厚さを考慮した深さで、かつトレンチのそ
れより深くする必要がある。
ン202は除去される。前記第1シリコン基板201上
に50〜200Åの熱酸化膜204と700〜1,50
0Åの窒化膜205とが続いて形成される。
レンチ形成のためのエッチングマスクパターン206を
形成する。前記エッチングマスクパターン206は不純
物の分布されている第1シリコン基板201の上部の前
記窒化膜の部分が被覆されるように形成する。エッチン
グ工程を施して露出された窒化膜205部分とその下部
の熱酸化膜204部分を除去する。前記窒化膜205及
び熱酸化膜204がエッチングされることにより露出さ
れた第1シリコン基板201部分は所定深さ、例えば5
00〜3,000Åの深さだけエッチングされる。その
結果として、前記第1シリコン基板201にトレンチ2
07が形成される。
注入マスクとは互いに反対形であるので、同一の露光マ
スクと反対型のフォトレジストとを使用して形成でき
る。
を施してトレンチ壁面に熱酸化膜を形成させる。その
後、前記熱酸化膜を除去させる犠牲酸化工程を施する。
これにより、トレンチを形成するためのエッチング時に
前記トレンチ壁面に発生される損傷は補償される。
00Åの厚さの熱酸化膜(図示せず)を形成し、前記第1
シリコン基板201の全面上に前記トレンチが埋め込ま
れる程度の厚さで化学気相蒸着法にて第1絶縁膜208
を蒸着する。
膜、又は、高密度プラズマ化学気相蒸着法にて形成され
た酸化膜が使用される。O3TEOS USG酸化膜が
使用される場合、蒸着後にO3 TEOSUSG酸化膜
の緻密化のため、950〜1,150℃の温度、及びN
2 雰囲気下で30〜60分間熱処理する。
ように前記第1絶縁膜208をエッチバックしてから前
記窒化膜を除去する。これによって、第1シリコン基板
201にトレンチ型素子分離膜208aが形成される。
ここで、窒化膜の除去時に熱酸化膜は除去或いは残存す
る事もある。図は熱酸化膜の除去された場合を示したも
のである。
上に第2絶縁膜209が蒸着される。前記第2絶縁膜2
09はO3BPSG膜であり、3,000〜10,00
0Åの厚さで蒸着される。第2絶縁膜209が蒸着され
た後には、この膜に対するCMP工程が行われて表面平
坦化がなされる。
を備え、前記第2シリコン基板210は第1シリコン基
板201と接合される。この時、前記第2シリコン基板
210の上部表面は前記第1シリコン基板201上に形
成された第2絶縁膜209と当接するように接合され
る。その後、それら間の接合強度を向上させるため、8
00〜950℃の温度、O2 又はN2雰囲気下で10
〜60分間熱処理する。
01の後面はCMP工程により1次研磨される。ここ
で、1次研磨は不純物203の分布されている部分まで
近接させ実施する。
ドーピングされないシリコン層のエッチング速度を速く
するエッチング液によって、前記第1シリコン基板20
1の後面は不純物203の分布された領域が除去される
までウェットエッチングされる。その結果、第1シリコ
ン基板201の不純物がイオン注入された部分は、前記
第1シリコン基板201の素子分離膜208aの形成さ
れた部分より速くエッチングされるので、図9のように
なる。エッチング液は不純物のホウ素の場合、NH2
OH、H2O2 及びH2Oの混合溶液が用いられる。
1は、素子分離膜208aを研磨停止層とするCMP工
程を利用した2次研磨工程が行われる。その結果、素子
分離膜の具備されたSOIウェーハが完成する。
8a間の第1シリコン基板201部分の厚さは前記素子
分離膜208aの上部の前記第1シリコン基板201の
厚さより相対的に厚い状態でCMP工程が行われる。こ
れにより、素子分離膜208a間の活性領域で、わん状
変形が発生しない。
子分離膜を示して説明したが、局部酸化工程によるフィ
ールド酸化膜を形成することについても適用が可能であ
る。
一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこの
実施の形態によって限定されないことに注意すべきであ
る。すなわち、当業者においては、本発明の技術思想の
範囲内において多様な実施の形態をとりうることは論を
またない。
素子分離膜を有するSOIウェーハを製造するにあた
り、シリコンの研磨時に発生するわん状変形を防止でき
るので、均一な厚さのシリコン活性層が得られる。これ
に伴い、後続工程が容易であるだけでなく、製造歩留ま
りも向上させることができる。
SOIウェーハの断面図である。
SOIウェーハの製造工程図である。
SOIウェーハの製造工程図である。
SOIウェーハの製造工程図である。
SOIウェーハの製造工程図である。
SOIウェーハの製造工程図である。
SOIウェーハの製造工程図である。
SOIウェーハの製造工程図である。
SOIウェーハの製造工程図である。
るSOIウェーハの製造工程図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 第1及び第2シリコン基板を提供する段
階; 前記第1シリコン基板の予定された活性領域に不純物を
イオン注入する段階; 前記第1シリコン基板の活性領域の間をエッチングして
トレンチを形成する段階; 前記トレンチが埋め込まれるように前記第1シリコン基
板の全面上に第1絶縁膜を形成する段階; 前記第1絶縁膜を、前記第1シリコン基板が露出される
までエッチバックしてトレンチ型素子分離膜を形成する
段階; 前記トレンチ型素子分離膜の形成された前記第1シリコ
ン基板上に第2絶縁膜を形成する段階; 前記第1シリコン基板上に形成された前記第2絶縁膜と
前記第2シリコン基板とが接するように、前記第1シリ
コン基板と前記第2シリコン基板とを接合させる段階; 前記第1シリコン基板を不純物がドーピングされている
部分に近接させて1次研磨する段階; 前記1次研磨した第1シリコン基板を不純物のドーピン
グされている領域が除去されるまでエッチング液を用い
てエッチングする段階;及び前記素子分離膜を研磨停止
層にして、前記第1シリコン基板を2次研磨し、SOI
ウェーハを製造する段階とを含んでなり、 前記第1シリコン基板の活性領域に不純物をイオン注入
する段階は、前記第1シリコン基板上にその活性領域を
露出させるイオン注入マスクパターンを形成する段階、
及び前記露出された第1シリコン基板の、予定された活
性領域に不純物をイオン注入する段階をさらに含み、 前記1次研磨した第1シリコン基板をエッチングする段
階は、前記第1シリコン基板の素子分離領域間の不純物
がイオン注入される部分より、前記第1シリコン基板の
素子分離領域の上部の方を遅くエッチングするようなエ
ッチング液を用いてウェットエッチングし、 前記第1シリコン基板の活性領域に不純物をイオン注入
する段階でのイオン注 入の深さは、トレンチの深さより
深くすることを特徴とする 半導体素子の製造方法。 - 【請求項2】 前記不純物はホウ素で、2×1015〜
2×1016/cm2の量で注入することを特徴とする
請求項1に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項3】 前記エッチング液は、イオン注入された
不純物がホウ素の場合、NH2OH、H2O2及びH2
Oの混合液を用いることを特徴とする請求項1に記載の
半導体素子の製造方法。 - 【請求項4】 前記トレンチを形成する段階は、前記第
1シリコン基板上に熱酸化膜及び窒化膜を形成する段
階; 前記窒化膜上に前記第1シリコン基板の活性領域を遮断
するエッチングマスクパターンを形成する段階; 前記第1シリコン基板の活性領域の間をエッチングして
トレンチを形成する段階;及び前記エッチングマスクパ
ターン、熱酸化膜及び窒化膜を除去する段階を含んでな
ることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造
方法。 - 【請求項5】 前記熱酸化膜は、50〜200Åで、前
記窒化膜は700〜1,500Åで形成することを特徴
とする請求項4に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項6】 前記第1シリコン基板にトレンチを形成
する段階と前記トレンチが埋め込まれるように前記第1
シリコン基板上に第1絶縁膜を形成する段階との間に熱
酸化工程を行って、前記トレンチ壁面に所定厚さの熱酸
化膜を形成し、前記熱酸化膜を除去する犠牲酸化工程を
更に行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子
の製造方法。 - 【請求項7】 前記トレンチを形成する段階と前記第1
絶縁膜を形成する段階との間に、前記トレンチ壁面に酸
化膜を形成するための熱酸化工程を更に行うことを特徴
とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項8】 前記第1絶縁膜は、O3TEOS US
G酸化膜、又は、高密度プラズマ化学気相蒸着法にて形
成された酸化膜であることを特徴とする請求項1に記載
の半導体素子の製造方法。 - 【請求項9】 前記O3TEOS USG酸化膜は、そ
の蒸着後に、950〜1,150℃の温度、及びN2雰
囲気下で30〜60分間熱処理することを特徴とする請
求項8に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項10】 前記第2絶縁膜は、O3BPSG膜で
あることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製
造方法。 - 【請求項11】 前記第2絶縁膜は、3,000〜1
0,000Åの厚さで形成することを特徴とする請求項
10に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項12】 前記第1及び第2シリコン基板を接合
させる段階と、前記第1シリコン基板を1次研磨する段
階との間に、前記第1及び第2シリコン基板間の接合強
度が向上するように熱処理工程を更に行うことを特徴と
する請求項1に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項13】 前記熱処理工程は、800〜950℃
の温度、O2またはN2雰囲気下で10〜60分間行う
ことを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の製造
方法。 - 【請求項14】 前記1次研磨及び2次研磨は、化学的
・機械的研磨工程で行うことを特徴とする請求項1に記
載の半導体素子の製造方法。
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